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垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中的一个难题。渗滤液是垃圾填埋场中液体重力流动的产物,主要来源于降水和垃圾本身所含的水。由于在液体流动过程中可能影响渗滤液性质的因素很多,包括物理因素、化学因素和生物因素,渗滤液的性质在相当大的范围内变化。一般来说,它的pH值在4-9之间,COD在2000-62000mg/L之间,BOD5在60-45000mg/L之间,重金属的浓度与城市污水基本相同。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水。如果不经处理直接排放到环境中,会造成严重的环境污染。为了保护环境,有必要对渗滤液进行处理。

1渗滤液处理工艺现状

垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学方法和生物方法。物理和化学方法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜透析、气提湿式氧化等方法。COD 2000 ~ 4000的时候?当mg/L时,物化法的COD去除率可达50% ~ 87%。与生物处理相比,物化处理不受水质水量变化的影响,出水水质相对稳定,特别是对于BOD5/COD比值较低(0.07 ~ 0.20)的垃圾渗滤液,难以进行生物处理。但物化处理成本高,不适合处理量大的垃圾渗滤液,所以垃圾渗滤液主要采用生物法。

生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理及其组合。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定池、生物转盘和滴滤池。厌氧处理包括升流式污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器和厌氧稳定池。

2渗滤液处理简介

垃圾渗滤液具有不同于普通城市污水的特点,如BOD5和COD浓度高、金属含量高、水质水量变化大、氨氮含量高、微生物营养失衡等。在渗滤液的处理方法中,将渗滤液与城市污水相结合是最简单的方法。然而,垃圾填埋场通常远离城镇,因此渗滤液和城市污水的联合处理存在一些特定的困难,往往不得不单独处理。常见的处理方法如下。

2.1有氧治疗

有活性污泥法、氧化沟、好氧稳定塘、生物转盘等好氧法处理渗滤液的成功经验。好氧处理能有效降低BOD5、COD和氨氮,还能去除铁、锰等其他污染物。好氧法中,应用最广泛的是延长曝气法,还有曝气稳定塘和生物转盘(主要用于脱氮)。下面将分别介绍。

2.1.1活性污泥法

2.1.1.1传统活性污泥法

渗滤液可单独或组合采用生物法、化学絮凝法、活性炭吸附法、膜过滤法、脂质吸附法和气提法进行处理,其中活性污泥法因其成本低、效率高而得到广泛应用。美国和德国的几个活性污泥污水处理厂的运行结果表明,活性污泥法通过提高污泥浓度,降低污泥有机负荷,可以达到满意的垃圾渗滤液处理效果。如美国宾夕法尼亚州福尔镇污水处理厂,垃圾渗滤液的进水CODCr为6000 ~ 21000 mg/L,BOD5为?3000 ~ 13000 mg/l,氨氮200 ~ 2000 mg/l .曝气池污泥浓度(MLVSS)为6000 ~ 12000mg/L,是一般污泥浓度的3 ~ 6倍。当容积有机负荷为1.87kg BOD5/(m3·d)时,F/M为0.15 ~ 0.31kg bo D5/(kg·mlss·d),bo D5去除率为97%。当容积有机负荷为0.3kg BOD5/(m3·d)时,F/M为0.03 ~ 0.05kg bo D5/(kg·mlss·d),bo D5去除率为92%。该厂资料表明,只要适当提高活性污泥法的浓度,F/M在0.03 ~ 0.31kg BOD 5/(kg·MLSS·d)之间(不要更高),活性污泥法就能有效处理垃圾渗滤液。

许多学者还发现,活性污泥可以去除渗滤液中99%的BOD5,80%以上的有机碳可以被活性污泥去除。即使进水有机碳高达1000mg/L,污泥生物相也能快速适应并降解。低负荷运行的活性污泥系统可去除渗滤液中80% ~ 90%的COD,出水BOD5

2.1.1.2低氧好氧活性污泥法

缺氧?改进的活性污泥法,如好氧活性污泥法和SBR法,比常规活性污泥法更有效,因为它们具有保持高运行负荷和短时间消耗的特点。同济大学徐迪民用缺氧吗?采用好氧活性污泥法处理垃圾渗滤液。实验证明,在受控的操作条件下,垃圾渗滤液可以通过低氧?好氧活性污泥处理具有良好的效果。最终出水的平均CODCr、BOD5和SS比原来降低了?6466?mg/L、3502?毫克/升和239.6毫克/升被还原为CODcr

如果处理后的废水进一步用碱式氯化铝进行化学混凝处理,废水的CODCr可降至1 000 mg/L以下

渗滤液中氮磷的两级处理也优于一般的生物法。磷的平均去除率为90.5%;氮的平均去除率为67.5%。另外,方法跑补无氧?好氧两段生物处理法第一段形成较多的NH3-N,导致第二段难以进行,两段好氧处理时间过长的缺点。

2.1.1.3物化活性污泥复合处理系统

由于渗滤水中难降解高分子化合物的比例较高,以及现有重金属的抑制作用,因此经常使用生物方法和物理方法。采用化学法结合的复合系统处理垃圾渗滤液。为了BOD5?一些学者已经使用了1500m g/L、Cl-800mg/L、硬度(以CaCO3计)800mg/L、总铁600mg/L、有机氮100mg/L、TSS 300mg/L和SO2-4300mg/L的渗滤液。系统中的进水经过调节池后,可以避免有毒物质的瞬间高浓度,抑制活性污泥生物;在澄清池中加入石灰可以去除重金属和一些有机物;吹脱池(曝气,温度低时投加NaOH)可去除进水中50%的NH3-N,使NH3浓度低于抑制水平。由于废水中的磷被加入的石灰沉淀,pH值过高,需要加入磷和酸性物质;活性污泥系统可串联或并联使用,运行时可通过调节回流污泥比例选择常规法或延长曝气法,具有很大的运行灵活性。

2.1.2曝气稳定塘

与活性污泥法相比,曝气稳定塘容积大,有机负荷低。虽然降解进度较慢,但由于工程简单,在土地不贵的地区是最经济的垃圾渗滤液好氧生物处理方法。美国、加拿大、英国、澳大利亚和德国的小试、中试和生产规模研究均表明,曝气稳定塘可以达到较好的垃圾渗滤液处理效果。

例如,英国在Bryn Posteg填埋场投资6万英镑建造了一个1000m3的曝气氧化塘,有两个表面曝气装置,最小水力停留时间为10d。经过沉淀后,氧化塘的流出物通过一条3公里长的管道流入城市下水道。该系统于1983开始运行,渗滤液最大CODCr为24000mg/L,最大BOD5为?10000?Mg/L,F/M = 0.05 ~ 0.3kg COD/(kg mlss·d),水量变化范围为0 ~ 150m3/d,出水BOD5平均为24mg/L。但偶尔超过50mg/L时,COD去除率达到97%,但运行时需要投加P。考虑到这点,

英国水研究中心做过CODcr >的调查:15000mg/L的渗滤液也在中试曝气稳定塘进行了测试。当负荷为0.28 ~ 0.32kg COD/(kg·mlss·d)或0.04 ~ 0.64kg COD/(kg·mlss·d),泥龄为10d时,COD和BOD5的去除率分别为98%和98%。操作时也需要加入磷酸。?

2.1.3生物膜法

与活性污泥法相比,生物膜法具有抗水和水冲击负荷的优点,硝化细菌等微生物可在生物膜上生长较长世代。加拿大不列颠哥伦比亚大学的c .佩迪和J .阿特沃特研究了CODcr

2.2厌氧生物处理

有目的地应用厌氧生物处理已有近百年的历史。然而,近20年来,随着微生物学、生物化学等学科的发展和工程实践的积累,新的厌氧处理工艺不断发展,克服了传统工艺水力停留时间长、有机负荷低的特点,使其在理论和实践上都取得了很大的进步。Mg/L)有机废水取得了良好的效果。

厌氧生物处理有很多优点,最重要的是能耗低,操作简单,所以投资和运行费用低。而且由于剩余污泥产生量少,需要的营养物质也少,如其BOD5/P比值仅为4000∶1。虽然渗滤液中P的含量通常小于1mg/L,但仍能满足微生物对P的要求,采用普通厌氧硝化,在35℃、负荷1kg COD/(m3·d)、停留时间10d的条件下,渗滤液中COD的去除率可达90%。

已开发的厌氧生物处理方法有:厌氧生物滤池、厌氧接触池、上流式厌氧污泥床反应器和分段厌氧硝化。

2.2.1厌氧生物滤池

厌氧过滤器适用于处理溶解有机物。加拿大Halifax Highway101填埋场渗滤液平均COD为12850mg/L,BOD5/COD为0.7,pH为5.6。渗滤液用石灰水调节pH=7.8,沉淀1h,然后通过厌氧滤池(这个过程也起到了去除Zn等重金属的作用)。当负荷为4kg COD/(m3·d)时,COD去除率可达92%以上。当负荷再次增加时,其去除率急剧下降。

J.加拿大多伦多大学的g .亨利等。还在室温下用厌氧滤池成功处理了1.5年和8年的垃圾渗滤液,其COD分别为14000mg/L和4000?mg/L和BOD5/COD分别为0.7和0.5。当负荷为1.26 ~ 1.45kg COD/(m3·d),水力停留时间为24 ~ 96h时,COD去除率可达90%以上。当负荷再次增加时,其去除率也急剧下降。由此可见,虽然处理高浓度有机废水时厌氧滤池的负荷可以达到5 ~ 20k g COD/(m3·d),但要获得理想的处理效果,渗滤液的负荷必须保持在较低的水平。

2.2.2升流式厌氧污泥床

英国水研究中心报道采用升流式厌氧污泥床(UASB)处理COD >:10000mg/L的渗滤液,当负荷为3.6 ~ 19.7kg COD/(m3·d)时,平均泥龄为1.0 ~ 4.3d,30℃时COD和BOD5的去除率分别为82%和85%。它们的负荷比厌氧过滤器大得多。

厌氧分解过程中,有机氮转化为氨氮,NH4+?NH3+H?+反应。如果pH & gt7点时,处于平衡状态的NH3占主导地位,可以通过吹除的方式去除。但在厌氧分解过程中,pH值约等于7,因此出水可能含有较多的NH4+,会消耗受纳水中的溶解氧。

2.3厌氧与好氧相结合的方式

虽然实践证明了厌氧生物法处理高浓度有机废水的有效性,但单独用厌氧法处理渗滤液的情况并不多见。高浓度垃圾渗滤液采用厌氧好氧处理工艺经济合理,处理效率高。COD和BOD的去除率分别为86.8%和97.2%。

2.3.1无氧?好氧生物氧化工艺(厌氧硝化和生物氧化塘)

西南师范大学生物系对pH为8.0 ~ 8.6,COD为16124mg/L,BOD5为214 ~ 406 mg/L,NH3-N为475mg/L的渗滤液进行处理,得到出水pH为7.1 ~ 7.9。

2.3.2无氧?氧化沟?变星堂工艺

下面结合广州李坑垃圾填埋场进行描述和分析。李坑垃圾填埋场污水处理厂按300m3/d的流量设计,进水BOD5为2500mg/L,CODCr为4000mg/L,NH3-N为?1000mg/L,SS 600mg/L,色度1000倍;出水BOD5为30mg/L,CODCr为80mg/L,NH3-N为10mg/L,SS为70mg/L,色度为40倍。选择的工艺流程为:厌氧氧化沟+兼性塘絮凝沉淀。当进水水质良好,兼氧池出水达标时,兼氧池水可直接排放;而当进水水质较差,兼氧池出水达不到排放标准时,则启动混凝沉淀系统,然后排放沉淀池上清液。

从该工艺的运行来看,当进水COD较高时,出水水质较好;一旦COD降低,特别是冬季气温低、雨水少,不利于生化处理,出水水质成分全部超标,出水呈褐色。虽然启动了絮凝沉淀系统,但效果仍不理想。可见,渗滤液中色度和NH3-N的有效去除将对生化处理产生有利影响。

2.3.3厌氧?漂浮?有氧过程

大田山垃圾卫生填埋场采用该工艺处理渗滤液。根据广州市环境卫生研究所对类似填埋场渗滤液的检测数据和模拟试验,结合场地实际情况确定渗滤液污水处理的设计参数。进水水质CODCr为8000mg/L,BOD5为5000mg/L,SS为700mg/L,pH为7.5;出水水质为CODCr 100mg/L,BOD5 60mg/L,SS 500mg/L,pH 6.5 ~ 7.5。?鉴于该场地远离市区,为便于管理和节约能耗,经比较后选择厌氧和好氧组合处理工艺。厌氧段为上流式厌氧污泥床反应器,好氧段为生物接触氧化法。增加化学混凝沉淀和生物氧化塘,净化处理达标排放。剩余的污泥被浓缩并送回填埋场进行处理。

考虑到渗滤液水质变化较大,厌氧阶段后增加了气浮工艺,以提高处理能力,应对高进水水质。

UASB?氧化沟稳定塘

1995福州建成国内最大的现代化城市垃圾综合处理厂——福州红庙岭垃圾卫生填埋场。处理垃圾渗滤液的水量为1000 m3/d;垃圾渗滤液水质(入口)为CODCr 8000mg/L,bo D5 5500mg/L;处理水质要求(出口)为CODCr去除率95%,BOD5去除率97%。

本设计采用上流式厌氧污泥床。奥贝特氧化沟?稳定塘工艺流程。垃圾渗滤液在贮存仓内集中,依靠贮存场的高地势流向集水池和格栅,经Bartholian计量箱计量后靠势能流向分配池,再依靠静压头流向上流式厌氧污泥床。经厌氧处理后,污水流入沉淀池进行固液分离,上清液自流至奥伯氧化沟,沉淀的污泥靠重力排入污泥池,污泥定期送至填埋场或用罐车堆肥。

奥贝特氧化沟对污水进行好氧生化处理,采用三沟A/O工艺,具有高级脱氮效果。该工艺的突出优点是第一沟可硝化氨氮,以BOD为碳源可反硝化硝酸盐,总氮去除率可达80%。因为以污水中的BOD为碳源,去除了污水中的BOD5,降低了污水中的需氧量。为了提高氧化沟的脱氮效果,用潜水泵将第三沟的出水抽到第一沟进行第一沟内回流脱氮。

经氧化沟处理后的污水流入二沉池进行固液分离,澄清水流入稳定塘进行生物处理。二沉池的剩余污泥通过重力排放到浓缩池。浓缩池中的上清液回流至氧化沟进行处理,浓缩后的污泥由潜水泵抽送至罐车,运至填埋场填埋或堆肥。?

2.4土地处理

土地处理法即土壤灌溉法是人类最早采用的污水处理方法,但土地处理系统在城市污水处理中的应用更为普遍。对于渗滤液的处理方法,采用喷灌的方式收集渗滤液并返回填埋场。循环填埋场的渗滤液增加了垃圾的湿度,从而提高了生物活性,加速了甲烷的产生和垃圾的分解。其次,由于喷灌中的蒸发,减少了渗滤液的体积,有利于污水处理系统的运行,可以节省能源费用。英格兰北部Seamer Carr垃圾填埋场部分采用渗滤液循环利用。20个月后,循环区渗滤液COD值大幅下降,金属浓度大幅下降,而NH3-N和Cl-浓度变化不大。说明金属浓度的降低不仅仅是稀释造成的,也是垃圾中无机成分的吸附造成的。

由于循环渗滤液的优点,设计时填埋场顶部不应完全封闭,而应设置规则排列的沟渠,避免对周围水源的污染。低浓度渗滤液不能直接排放,因为NH3-N和Cl-浓度仍然较高,季节温度低,蒸发量少,生物活性弱,渗滤液回用效果有待进一步研究。

2.5硝化和反硝化

老填埋场往往处于沼气发酵阶段,其渗滤液中氨氮含量较高,通常为100 ~ 1000 mg/L,去除氨氮的方法主要有两种:一种是硝化反硝化;另一种是把pH值提高到9以上,然后用空气吹掉。Robinson和Maris在温度为65438±00℃,污泥龄为60天的条件下(其实这和氧化塘的运行条件差不多),对20年的垃圾渗滤液进行曝气,可以完全硝化。生物转盘等其他好氧方法也取得了成功,所以一般认为渗滤液的硝化不是问题。

常见处理流程:

(1)硝化/反硝化系统+MBR+RO

硝化/反硝化工艺是一种去除氨氮的生化处理方法。通过硝化和反硝化的共同作用,COD和氨氮可以同时被完全去除。通过MBR泥水分离和RO深度截留离子,出水最终达到国家排放标准。

(2)两级反渗透工艺(或两级DTRO工艺或全膜处理工艺)

该工艺为纯物理处理方法,占地面积小,建设调试周期短。但容易造成污染物的富集,难以实现长期稳定的出水标准,一次性投资和运行费用高。

(3)絮凝沉淀+硝化/反硝化系统+MBR+NF+RO

这种工艺多做成一体化设备,前端增加了化学预处理,使得工艺路线更长,增加了整体控制难度。一体化设备对水质水量波动的适应性差,容易出现池容量小、生化效果差等问题。

(4)中温厌氧系统+硝化/反硝化+MBR+RO

高浓度COD去除效果好,常用于垃圾焚烧厂、垃圾转运站等新鲜垃圾渗滤液的处理。该工艺对进水稳定性要求高,厌氧系统要保持在35℃,投资和运行费用高。

2.6英国罗彻姆反渗透处理厂

英国垃圾渗沥液处理厂采用Rochem专利的圆盘管式反渗透系统处理原生渗沥液。这种处理技术是由南亨伯赛德的温特顿垃圾填埋场设计和生产的罗切姆分离膜系统。

这个系统的核心是Rochem的专利碟管。圆筒由圆形管内的板材、八角钢和耐磨膜垫组成,可以处理快速堵塞普通反渗透膜系统的渗滤液。在膜的压力下,渗滤液进入Rochem的处理系统进行曝气和pH值校正。当含有污染物的渗滤液流经筒体内表面时,渗滤液中的污染物被反渗透分离,通过膜排出。整个系统的清洗操作是自动的。当系统需要进行化学清洗时,控制指示灯会显示信息,同时自动清洗系统会用编程的化学药品对系统进行内部清洗,使其恢复原有功能。由于渗滤液在封闭条件下在膜表面形成紊流,减少氧化,产生恶臭,需要在一定时间内进行内部清洗,但这种清洗的间隔时间较长。Rochem的分离膜系统可以去除重金属、固体悬浮物、氨氮和有害难降解有机物,处理后的水符合严格的排放标准。

Rochem的处理系统在德国Ihlenbery填埋场安装并投入使用,处理能力为50m3/h,水回收率为90%。

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三种处理工艺的分析与比较

与好氧法相比,厌氧生物处理具有以下优点。

(1)有氧法需要能量(空压机、转刷等。),而厌氧处理可以产生能量(甲烷气体)。COD浓度越高,好氧法消耗的能量越多。厌氧法的容量越大,两者的差异越明显。

(2)厌氧处理过程中有机物转化为污泥的比例(0.1kgMLSS/kgCODCr)远小于好氧处理(0.5kgMLSS/kgCODCr),因此污泥处理处置成本大大降低。

(3)厌氧处理污泥生长量小,对无机营养物质的要求远低于好氧处理,适合处理低磷含量的垃圾渗滤液。

(4)据报道,许多在好氧条件下难以处理的卤素有机化合物,在厌氧条件下可以被生物降解。

(5)厌氧处理有机负荷高,占地面积相对较小。

但厌氧处理的出水COD和氨氮浓度仍然较高,溶解氧很低,不适合直接排入河流或湖泊,一般需要后续好氧处理。此外,世界上大部分垃圾渗滤液是酸性的(pH值一般为5.5 ~ 7.0)。当pH低于7时,产甲烷菌会被抑制甚至被杀死,不利于厌氧处理,而好氧处理对pH的要求不那么严格,而且厌氧处理的最适温度为35℃,低于35℃处理效率迅速下降。相比较而言,好氧处理不需要高温,即使冬季不控制水温,仍然可以达到较好的出水水质。

鉴于上述原因,对于COD浓度在50 000mg/L以上的高浓度垃圾渗滤液,推荐采用厌氧处理(后好氧处理),对于COD浓度在5 000 mg/L以下的垃圾渗滤液,推荐采用好氧生物处理..对于COD在5000 ~ 50000mg/L之间的垃圾渗滤液,可以采用好氧或厌氧的方法,选择工艺时主要考虑其他因素。

4结论和建议

通过对上述处理方法和工艺的分析比较,可得出以下结论,并对水质和水量提出建议和意见:

(1)垃圾渗滤液具有成分复杂、水质水量变化大、有机物和氨氮浓度高、微生物营养物质比例失调等特点。因此,在选择垃圾渗滤液的生物处理工艺时,有必要详细测定垃圾渗滤液的成分,分析其特性,以便采取相应的对策。还需要通过小试和中试获得可靠的优化工艺参数,才能获得理想的处理效果。

(2)采用多种方法处理渗滤液是可行的。在有条件的地方建设生物池,利用水生植物系统处理渗滤液,不仅可以节省投资,还可以降低运行成本。人们也关注土地处理,但很少用于渗滤液处理。生物膜法和活性污泥法有成熟的运行管理经验,更多的渗滤液采用厌氧好氧工艺处理。但建设专门的渗滤液处理厂投资大,运行管理成本高,且随着填埋场的关闭,水处理设施最终会报废,应慎重选择。

(3)我国真正能达到卫生填埋标准的填埋场并不多,很多填埋场由于投资有限,无法按照设计要求建设能达到环保要求的渗滤液收集系统。因此,开发投资少、效果好的渗滤液处理技术是可取的。垃圾填埋场渗滤液回注到填埋场,通过土地吸附、土壤生物降解和填埋层厌氧滤床对渗滤液进行降解,具有投资低、效果好、无需专门处理设施投资的特点。此外,渗滤液回灌可以保持垃圾的湿润,加速填埋场的稳定。回灌法应用较少,可以深入研究,明确回灌法的使用条件、处理效率和工程设计参数。

(4)垃圾渗滤液的处理是问题的一方面,另一方面要考虑减少渗滤液的量。建议开发能够减少渗滤液产生的填埋技术,如好氧填埋或准好氧填埋。

(5)垃圾渗滤液的处理在我国尚处于研究和探索阶段。为了建设标准化的城市生活垃圾卫生填埋场,需要对垃圾渗滤液的处理进行深入研究。